近些年,能源和环境问题日益受到社会的关注,清洁能源在船舶领域的应用逐步成为行业研究的热点。其中,燃料电池混合动力系统具有能量效率高、无污染等优点,但因锂电池的循环寿命短、功率密度低等缺点,限制了其系统性能的发挥。利用超级电容辅助锂电池工作,构成复合电源系统,使储能系统同时具有较高的能量密度与功率密度。本文以燃料电池-复合电源混合动力系统为研究对象,深入研究以能量效率、电能质量和电池耐久性等为优化指标的能量管理策略与复合电源容量配置问题。论文研究成果对实际燃料电池混合动力系统的能量管理策略设计与容量配置提供了理论参考,同时所研究的方法可以拓展到其他结构形式的混合动力系统。具体研究内容如下:首先,对一艘燃料电池-蓄电池混合动力渡轮进行模拟改装,使用复合电源替代原船的蓄电池。通过深入分析复合电源常见的几类拓扑结构形式,确定复合电源的拓扑结构与工作模式。对船舶直流电力系统结构及直流下垂控制原理进行阐述,分析传统直流下垂控制方法的局限性。对比现有直流下垂控制改进方法,提出采用基于中心式的电压偏移补偿与电流偏移补偿的改进型直流下垂控制方法,对船舶直流电力系统进行控制,并通过仿真实验对算法的有效性进行验证。然后,针对以复合电源为储能设备的混合动力系统的能量管理策略设计问题,提出一种考虑船舶运行工况的能量管理策略。该控制策略使用支持向量机对船舶工况进行判别,依据工况选择相应的低通滤波器,利用低通滤波器对功率波动信号进行分流,控制超级电容承担功率波动的高频部分,优化电池放电过程,从而延长电池寿命。由于复合电源的能量管理策略设计与容量配置问题紧密联系在一起,提出使用鲸鱼优化算法,将能量管理策略参数与复合电源容量参数定为优化变量,通过调用系统仿真模型对能量管理策略与容量配置进行联合优化。仿真实验结果验证了所提出的能量管理策略与联合优化方法的有效性。最后依据实验室条件,搭建了小比例混合动力实验台架,对所设计的能量管理策略进行验证,实验结果表明所提出的算法可靠有效。